JPS59221660A - Ae検出装置 - Google Patents

Ae検出装置

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JPS59221660A
JPS59221660A JP58096598A JP9659883A JPS59221660A JP S59221660 A JPS59221660 A JP S59221660A JP 58096598 A JP58096598 A JP 58096598A JP 9659883 A JP9659883 A JP 9659883A JP S59221660 A JPS59221660 A JP S59221660A
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JP
Japan
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ceramic
unsintered
molded body
signal
thermal stress
Prior art date
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Pending
Application number
JP58096598A
Other languages
English (en)
Inventor
Shunichiro Tanaka
俊一郎 田中
Hideo Iwasaki
秀夫 岩崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Priority to JP58096598A priority Critical patent/JPS59221660A/ja
Publication of JPS59221660A publication Critical patent/JPS59221660A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/14Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明はセラミックス製品のAE検出装置に関する。
[発明の技術的背景とその問題点] セラミックス製品は高温領域にJ3ける高張度、高耐蝕
性および軽量である等の利点を有してJ3す、近年のセ
ラミックス製品技術の発展に伴い各分野において金属製
品と置き換えることが研究されている。
しかしC1一般にセラミックスは金属に比較して脆性が
大きく微細な欠陥も破壊の原因となり得るため、セラミ
ックス製品の亀裂等の欠陥、特に破壊の芽となり易い表
面近傍の欠陥を非破壊的に検出する検査方法の確立が望
まれ”Cいる。
金属製品の分野では、このような非破壊検査方法として
超音波パルス法(以下U゛[法と略す)、アコースティ
ックエミッション法(以下AE法と略す)等が用いられ
−Cいる。
しかしながら、このような金属製品に用いられている方
法をそのままセラミックス製品の検査に適用することは
、セラミックスと金属の例えば前述した脆性等の基本的
性質が違うため困難である。
例えば金属製品における検査対象とする亀裂寸法は、籠
のオーダで充分であるのに対して、セラミックス製品の
場合には検査対象となる亀裂寸法はこれより微細な範囲
のものまで対象とする必要がある。また対象となるセラ
ミックス製品は根状、円筒状等の単純形状の他に、例え
ばターボチャージャーロータ等の複雑外形の一体成形品
もある。
このような複雑外形の場合、Ul−法では超音波の入反
射特性が複雑となって、欠陥の検出は非常に困難となり
UT法の適用は困難であり、またこのように複雑外形に
なると機械的に応力を印加することも困難であり、機械
的応力印加によるAE法の適用も困難となる。
[発明の目的J 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、加熱速痘
の著しく高い赤外線集光装置を使用することによりセラ
ミックス焼結体または未焼結セラミックス成形体につい
てのAE法の適用を可能にし、もってセラミックス製品
の微却1な欠陥についても検出を可能としたセラミック
ス製品のAE検出装置を提供することを目的とする。
[発明の概要] リーなわら本発明のセラミックス製品のAE検出装置は
、セラミックス焼結体または未焼結セラミックス成形体
を赤外線の集光により加熱し表面に急峻な熱勾配を形成
させて熱応力を印加する第1の工程と、前記加熱工程に
おける前記セラミックス焼結体または未焼結セラミック
ス成形体からの弾性波放出を検出する第2の工程とを具
備することを特徴としている。
本発明に使用りる赤外線集光装置は、熱源の背面に凹面
鏡を配置し、任意の空間に焦点を結ばせるようにした装
置で、熱源と凹面鏡の複数組を使用して各凹面鏡の反射
赤外線を空間上の同一位置に集中させることにより短時
間で被加熱体を1000℃以上の高温まで昇温させるこ
とを可能にした装置である。
本発明においては、セラミックス焼結体または最終焼結
前の例えばバインダーを脱脂さ「た脱脂体、仮焼体等に
ついて機械的応力を用いず、赤外線集光装置による急速
加熱によりセラミックス焼結体または未焼結セラミック
ス成形体の表面または一部に熱応力を加え弾性波放出(
AE)を検出することによりセラミックス製品の良否を
判定覆る。このように急速加熱による熱応力を用いれば
、機械的に外力を加えることが困難な脱脂体あるいは仮
焼体のような未焼結セラミックス成形体についても、さ
らには複雑外形のものについてもAE検出を行なうこと
ができる。
本発明においては、赤外線集光装置の加熱により熱応力
を加えるセラミックス製品中の破壊の芽となる亀裂の進
展は、この加熱過程において未焼結セラミックス成形体
中に生じる。
すなわち赤外線集光装置による加熱過程においては、加
熱される表面の温度が急速に高くなるため、セラミック
ス焼結体または未焼結セラミックス成形体内部に引張り
応力が生じ、この引張り応力によって脆性の大ぎいセラ
ミックス焼結体または未焼結セラミックス成形体中に潜
在する亀裂が進展するのである。
なd3後述するように温度差6丁は、一般に敬白に以上
必要であるため、冷却では−273にと限界があり、所
望の温度差を得ることができない。
このような極低温にすると未焼結Lラミックス成形体の
性質が変ってしまうことも考えられかつセラミックス焼
結体または未焼結セラミックス成形体内部に圧縮応力が
かかることになるが、このような圧縮応力では引張り応
力に比べ十分な亀裂の進展が期待できない。
従って冷却によっては亀裂進展により発生するAEの測
定が困難である。
なお耐火物の測定にAE検出を用いることが研究されて
おり、(Qgneupory、 NO,3,PP、 4
7−50. March、 1982)このh法では一
旦温度を1000℃程度まで上臂させ、低速度で降温さ
けるとぎに生じるAEを検出して耐熱性の検査を行なっ
ている。
これに対して本発明において、検出対象としている破壊
の芽となる亀裂の進展は赤外線の集光による急速昇温過
程における引張応力により生じるのであって、この昇温
過程におけるAEの発生を検出する。
しかし、て本発明においCは、AE発生数(N)および
単位時間当たりのAE発生数(dN/dt)を測定対象
とし、その結果から亀裂進展が推定される。しかしなが
らNは測定時間等にも関係するため、絶対的なmではな
く、これに対して(dN/dt)は亀裂進展を特徴づけ
る欠陥の形状、大きさ等に関係するパラメータとなるの
で、これを用いて後述の如く等価亀裂寸法を求めること
ができる。
なおAE検出は、通常行なわれるように直接または導波
路を介して未焼結セラミックス成形体に装着したA E
 tンサを用いて行なうことができる。
熱応力σ丁の大きさは次式(1)で算出される値【代表
させることができる。
σ丁=KE  ΔT/(1−ν)・・・・・・(1)K
:熱膨張係数 E:ヤング率 シ:ボアッソン比 ΔT:温度差 またグリフイスモデルの亀裂を想定し、潜在亀裂長を2
8としたときの破壊応力σfは次式(2)%式% (2) : 従って熱応力を印加する際の温度差6丁は、(1)、(
2)式より検出を望む潜在亀裂長2aに応じて次式(3
)の範囲〇選ぶことが望ましい。
ΔTJa2に+ c  (1−ν)/YKE・・・・・
・・・・(3) となる。
一般にm裂成長に伴い、亀裂成長速度に依存するAEが
発生ずることは3i 3N+等においてもすでに知られ
ている(ト1. 1wasaki、 M、  Izum
iand   K、  0hta、”、A、coust
ic  Emission  duringtl)c 
 process  of  crack  grow
th  in  Si  3  N、   and  
Aぷ203 ”  、Proc、of tile  6
th I nternational  Acoust
ic [m1ssion Symposium、 3u
sono、J apan  1982以下引用文献−1
)。
AE発生1 dN/dt、亀裂成長速度vc、応力拡大
係数に+、印加応力σとの間には以下の関係がある。
dN/dt−βVc・・・・・・(4)β= dN/d
s−ds/da dN/ds:単位破面増によるAE発生率ds/ da
 :亀裂長さaの増加による破面増加率 Vc=α(K+ /Ko )” −−(5)KO=規格
化定数(=IMNmヅ2) K+ =YaJa −−(6) α、β、nの等の値はD uble  T orsio
n法等を用いるAE観測から測定された値より求まるも
のであり、共通のA E il測条性下では月利定数と
見ることができる。
dN/dtおよびΔ丁は本検査方法により得られる値で
あり、この値および式(4)、(5)、(6)を用い、
セラミックス製品における欠陥の等価亀裂寸法aeを次
式(7)により求めることができる。
J20Q+o  as = (2/ 2+n )  (
J20(++o  (dN/dt) +120(110
((G (ΔT) ) ) ・−−−−・(7)G (
ΔT)=(1/2πα)  (dN/ds)−’(KE
/(1−ν)ko)″1 ΔT−”式(7)により、S
i 3N4材で得られている値(引用文献−1参考) α−1,4xlO”  (m/s )、n =21、d
N/ds=8.2X10’  (m ’ )を用いたd
N/dt−aeの関係を、Δ丁をパラメータとして第1
図に示す。
これらの関係式は、例えば脱脂体、仮焼体のような未焼
結セラミックス成形体についてもそのまま適用すること
が可能である。
したがってセラミックス製品にかかる実際の使用下での
応力によるAE発生率と未焼結レラミックス成形体に加
える圧力下での亀裂進展によるAE発生率との相関関係
を予め求めておくことにより未焼結セラミックス成形体
の等価亀裂寸法aeからセラミックス製品の良否判定を
行なうことができる。
すなわち、加わる応力の下で急速破壊の芽となるセラミ
ックス焼結体または未焼結セラミックス成形体の許容等
価亀裂寸法をalとすれば、未焼結セラミックス成形体
のAE発生がないもの、もしくはあったとしてもae 
< alなる関係を満足するものを良品と判断し、この
条件を満足しないものを不良品と判断するのである。
[発明の実施例コ 以下本発明の実施例につい°C説明する。
実施例 ポリスチレン系樹脂バインダー100重缶部当たり40
0重量部のS+3N4粉末を均一に混練りした組成物に
より、ターボチャ−ジャ−ロータを射出成形し、これを
N2雰囲気下で5℃/時間にて500℃まで加熱昇温し
て脱脂し、ターボヂャージャー日−タの11;2脂体を
製造した。
次にこのターボテ1フージV−ロータの11(2脂体を
第2図にブロック図で示す非破壊検査装置にセットし、
AEを測定した。
第2図に示ず実施例では、熱応力印加装M1として赤外
線集光装置を用い、この赤外線集光装置内の焦点に位置
するようにターボテ11−ジャーロータ2を配置する。
このターボチャージャーロータ2はSi:+N+かうな
る導波路3にシリコーン油膜等を介して装着され、この
導波路3の端部に配置されたAEセンザ4によりAEが
検出される。
このAEセンザ4からの信号は増幅器5、検波器6を経
てA[信号処理装置7に至りAE倍信号して記録される
この実施例にJ3いて増幅器5は、プリアンプ(40d
B)5a 、フィルタ(50k117. Aイパスフィ
ルタ)5b、メインアンプ(50dB)5cからなり、
AEセンザ4からの信号はプリアンプ5a、フィルタ5
b、メインアンプ5Gを経て検波器6にに入力される。
また実施例においてAE信号処理装置7は、ディスクリ
ミネータ(しきい値0.5V)7a 、AEカウンタ7
b、記録計70からなり、検波器6を経て入力された信
号はディスクリミネータ7aでノイズが除去され、事象
パルスに変換され、AEカウンタ7bを経て記録ηt7
cM時間の関数として記録される。この記録からへE発
′生率(dN/dむ)を求める。
3個のターボテ11−シレーロータ2についてΔT〜5
00Kf設定し、その測定結果を次表に示す。加熱は3
分間にわたって行ない、AE発生数はこの3分間内に発
生したAEの総数、dN /diは連続的にAEが発生
したどきに着目して求めた値である。
上表から明らかなように、試料3からは八Fが検出され
ず、亀裂等の内部欠陥、表面近傍の欠陥等のないことが
推定される。また試料1および試料2からはAEが検出
され、従って試料1および試料2には内部欠陥の存在す
ることが推定される。
このAE発生と亀裂存在との対応を確認するために試料
コないし試料3を切断し、この切断面を目視および光学
顕微鏡で観察した。
この結果、AEが発生した試料のみに亀裂が存在し、A
Eが発生しなかった領域には亀裂が存在しないことが認
められた。
以上水した本発明の実施例では、AE発生のみを検出対
象としたが、例えば潜在亀裂の形状推定等の必要に応じ
、第3図に示すように、AE振幅ソータ8、波形記録器
9、周波数分析器10を接続してAEの振幅分布、AE
波形その周波数分析を行なうこともできる。基本構成は
第2図に示す実施例と同様とし、プリアンプ5aからの
出力をAE振幅ソータ8および波形記録器9に入力する
さらに波形記録器9からの出力は周波数分析器10に入
ノJされる。
以上のように構成される測定系により、先に示したAE
測測定らAE振幅分布、AE波形その周波数分析を行な
うことによりセラミックス焼結体または未焼結セラミッ
クス成形体の良否の判定の参考に供することができる。
L発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、赤外線集光装置の
加熱による熱応力を用いてAE発生・を測定することに
より、良否を判定することができるので、セラミックス
製品の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はae   (dN/dt)曲線図、第2図は本
発明の詳細な説明するだめのブロック図、第3図は本発
明の他の実施例を説明するためのブロック図である。 1・・・・・・・・・・・・熱応力印加装置2・・・・
・・・・・・・・ターボテ11−ジャーロータ4・・・
・・・・・・・・・AEセンサ代理人弁理士   須 
山 佐 − 第 11A dN//dt  <5ec−’ ) 第2図 1ト

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)セラミックス焼結体または未焼結セラミックス成
    形体の表面またはその一部を赤外線の集光により加熱し
    て熱応力を印加する第1の工程と、前記加熱工程におけ
    る前記セラミックス焼結体または未焼結セラミックス成
    形体からの弾性波放出を検出するdx 2の工程とを具
    備ツることを特徴とするセラミックス製品のAE検出装
    置。
  2. (2)未焼結セラミックス成形体はJ]52脂体Cある
    特許請求の範囲第1項記載のセラミックス製品のAE検
    出装置。
  3. (3)未焼結ヒラミックス成形体は仮焼体である特許請
    求の範囲第1項記載のセラミックス製品のAE検出装置
JP58096598A 1983-05-31 1983-05-31 Ae検出装置 Pending JPS59221660A (ja)

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JP58096598A JPS59221660A (ja) 1983-05-31 1983-05-31 Ae検出装置

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JP58096598A JPS59221660A (ja) 1983-05-31 1983-05-31 Ae検出装置

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JPS59221660A true JPS59221660A (ja) 1984-12-13

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015215978A (ja) * 2014-05-08 2015-12-03 大阪瓦斯株式会社 固体酸化物形燃料電池、及びその製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4988742A (ja) * 1972-12-26 1974-08-24
JPS5547695A (en) * 1978-09-19 1980-04-04 Takeda Chem Ind Ltd Pyrazole phosphate, its preparation, and insecticide and miticide

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